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研究应变速率控制对金属静载拉伸性能的影响

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：郝彦芳赵红云陈红霞

[导读] 摘要：对于金属材料的静载拉伸中，使用的拉伸速度不一样，反映的结果也不一样，同时还伴随者其他与拉伸性能的一些综合反映。

        德龙钢铁有限公司河北省邢台市邢台县 054009
        摘要：对于金属材料的静载拉伸中，使用的拉伸速度不一样，反映的结果也不一样，同时还伴随者其他与拉伸性能的一些综合反映。但是在研究结果上，说明了表面的拉伸速度的控制和实际的反应的真实控制速度的差别很大。我们常用的材料有连续屈服与不连续屈服两种材料。前者反应的应变长度与滑动速度差距比较小，后者结合弹性段的分析可知应变长度比滑移速度低很多。
        关键词：屈服材料，应变速率，控制模式
        前言
        特征应力下的应变和特征应变下的应力是金属材料静载拉伸拿来测验的两类指标。试验中有很多的参数差异会导致拉伸试验结果的不稳定性，如力值、引伸计数据、夹持的设置配备等。所以笔者在本次研究中，通住主要通过控制应变的速率，对金属材料的静载拉伸试验进行一个分析研究，并讨论对性能产生的影响。
        1 应力、应变、位移的速度控制
        应力速度是指在规定时间内，将按照实验的目的加工过的样品（即试样）所受到的工程应力（即某一单位面积受到的内力）的增长量。（单位是）
        应变速度是指在规定时间内，发生的线应变（即试样的某个方向产生长度的改变量）或者剪应变（即最开始两条垂直的直线，变形后两者的直角发生的改变量）。（单位是s-1 ）
        位移量中的位移速度是指物体运动过程中，某个时间点这个物体的位移增加量。（单位是 mm•min-1 ）
        2 控制速度的实验要求及过程
        对于金属材料拉伸的实验过程中，有两种应变速度的控制方式可供选择。一是引伸计的反映结果；二是试样长度控制估算；
        2.1 实验要求
        实验前要先准备基础的设备与仪器，还有进行数据的分析总结。以下是实验前需要的设备要求：①分离式扭杆与数据测试系统；②准备试样，试样的形状与长度要符合实验设计的标准；（详情见表1）

        2.2 实验过程
        （1）在没有其他要求的前提下，室温在如果对于温度有严格的要求，室温在 [1]。
        （2）波导杆的使用状态检测，波导杆即霍普金森杆中的长杆，分为输入和输出杆。
        （3）进行安装试样，试样的安装要与波导杆同轴连接，在加载的过程中，严禁移动波导杆和试样。
        （4）施加负载荷值。先对储能段施加载荷值，直到扭矩达到预定的值才可停止施加载荷值，然后在瞬间释放夹具，用以达到产生入射波值。
        （5）进行测量和记录相关的数据。主要记录测量以下的相关数据信息：①波导杆的大小尺寸、剪切波的速率和剪切模量；②应变计的大小尺寸、灵活度、电阻数值等数据参数，以及在波导杆的具体位置；③测试数据的系统状态，还有其中的电路测试和应变的标准值；④波导杆的输入杆储能段的预算加剪切应变；⑤原始的波形。
        （6）进行试验的数据处理。包括：①波导杆的应变数据计算；②波形的基线、起点、作用时间的数据确定；③剪切应变的速率数据计算与应力、曲线分析；④剪切的屈服强度性能分析及确定；
        （7）试验数据的有效性评估分析。
        （8）总结试验并做实验报告，报告包含的内容：①试验所参考的资料以及标准编码；②注明材料的生产商和牌子、型号、规格、制样等相关信息；③试样的选择标准和原因，以及式样的形状大小尺寸；④试样的名字，如果清楚试样的来源，也要注明来源于某物的部位与方向；⑤试验器材的相关信息；⑥力的测量方法与计算；⑦试样的测量与应变的测量方案；⑧实验的准备条件，如场所、内部温湿度、平均应变率等相关信息；⑨源数据的分析结果与延展方案，以及对应的处理方法；⑩总结结果。
        3 试验参数
        霍普金斯扭杆的参数如下：

应变计的参数如下：

        4 影响
        根据研究数据的结果显示，应变速率的上升或下降的变化会在一定的程度上影响材料最大限值的塑性变化的力度，也就是拉伸强度，还有金属材料的屈服极限，也就是屈服强度。还有到达一定值的时候，屈服和抗拉两者的强度差值也会随之有所变化，断后延伸率，即拉伸断裂后的总长和原长的比值会受到变化。当保持在一定值的时候，断面收缩率，即试样拉断面积与原面积的差值比不会受到影响[2]。
        即使采用不同的应变速率，反应的结果都是相近的，如应变速率的逐渐提升，对于抗压能力和强度来说，最大限值的塑性变化的力度值也会随之增加。对于屈服强度来说，只有当速率变小变得缓慢的时候，屈服极限值会与最大限制的塑性变化的力度值差距增大；要想屈服极限值与最大限制的塑性变化的力度值差距减小，就要让应变速率变快，越快差值越小，但不能超过应变速率的极限；在应变速率的提升中，有一个值会与之成反比的状态，显得极为特殊，这个值是拉伸断裂后的总长和原长的比值，即断后延伸率；当应变速率趋于稳定装谈或者在一定的范围之内波动，有一个值不会受到影响，即金属拉断面积与原始面积的差值比不会变化。
        总的来说，当速率上升，影响的是抗拉强度；速率变快，影响的是屈服强度和抗拉强度的差值，两者的强度量差会逐渐变小，另外断后延伸率会降低；保持稳定，断面收缩率不会被影响。
        5 结论与实践建议
        (一) 为了保证安全，在操作过程中，要遵守相关的规章制度，以及保证环境的温湿度在合理的范围之内，注意每一样材料的变化，对材料的选材要进行对比分析，按照试验标准中选材标准实行，具体的可以参考有关的资料手册[3]。
        (二) 气体冲蚀问题上，建议采用经济型措施，在综合保护上更加节约经济；
        (三) 预应力张拉不受其他条件制约时，增大加载速率。预应力工作量大会显著提高劳动生产率，使用价值更高。
        (四) 注意材料中的成分组织的均衡性与稳定性，恰当的选择合适的温度进行变形以及变形时的速率把控；
        (五) 要对比参考实验结果，反复试验得出正确的答案，在受压选择中，尽可能地选择受压较强的变形方式，防止材料变形后的不均衡，影响到试验的结果，提升试验检测的难度，为后期的数据分析产生误差；
        (六)增加应变速率的速度要合适，否则会出现金属物的结晶状况或者未恢复状态，导致软化的不成功，使得塑性率降低；所以要综合应变速率的变化，可以使得金属塑性提高；
        参考文献
        [1]程晓宇.室温拉伸试验标准GB/T228.1-2010应用解析[J].理化检验(物理分册),2018，3(01):23-24.
        [2]梁新帮，李久林.GB/T228-2002金属材料室温拉伸实验方法实施指南[J].材料力学，2018，12（32）：78-79.
        [3]王景茹，外加应力对若干典型材料自然环境下腐蚀电化学规律的影响的探索研究[J].北京航空大学，2015（07）：45-47.